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影象幾何變換(縮放、旋轉)中的插值演算法

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此篇文章講了在影象變換中基本的插值演算法(最臨近、雙線性和 三次卷積法

實踐已證明,插值演算法對於縮放比例較小的情況是完全可以接受的,令人信服的。一般的,縮小0.5倍以上或放大3.0倍以下,對任何影象都是可以接受的。

最鄰近插值(近鄰取樣法):
  最臨近插值的的思想很簡單。對於通過反向變換得到的的一個浮點座標,對其進行簡單的取整,得到一個整數型座標,這個整數型座標對應的畫素值就是目的畫素的畫素值,也就是說,取浮點座標最鄰近的左上角點(對於DIB是右上角,因為它的掃描行是逆序儲存的)對應的畫素值。可見,最鄰近插值簡單且直觀,但得到的影象質量不高

雙線性內插值:
  對於一個目的畫素,設定座標通過反向變換得到的浮點座標為(i+u,j+v),其中i、j均為非負整數,u、v為[0,1)區間的浮點數,則這個畫素得值 f(i+u,j+v) 可由原影象中座標為 (i,j)、(i+1,j)、(i,j+1)、(i+1,j+1)所對應的周圍四個畫素的值決定,即:

    f(i+u,j+v) = (1-u)(1-v)f(i,j) + (1-u)vf(i,j+1) + u(1-v)f(i+1,j) + uvf(i+1,j+1)

其中f(i,j)表示源影象(i,j)處的的畫素值,以此類推
  這就是雙線性內插值法。雙線性內插值法計算量大,但縮放後圖像質量高,不會出現畫素值不連續的的情況。由於雙線性插值具有低通濾波器的性質,使高頻分量受損,所以可能會使影象輪廓在一定程度上變得模糊

 三次卷積法

  三次卷積法能夠克服以上兩種演算法的不足,計算精度高,但計算亮大,他考慮一個浮點座標(i+u,j+v)周圍的16個鄰點,目的畫素值f(i+u,j+v)可由如下插值公式得到:

    f(i+u,j+v) = [A] * [B] * [C]

[A]=[ S(u + 1)  S(u + 0)  S(u - 1)  S(u - 2) ]

  ┏ f(i-1, j-1)  f(i-1, j+0)  f(i-1, j+1)  f(i-1, j+2) ┓
[B]=┃ f(i+0, j-1)  f(i+0, j+0)  f(i+0, j+1)  f(i+0, j+2) ┃
  ┃ f(i+1, j-1)  f(i+1, j+0)  f(i+1, j+1)  f(i+1, j+2) ┃
  ┗ f(i+2, j-1)  f(i+2, j+0)  f(i+2, j+1)  f(i+2, j+2) ┛

  ┏ S(v + 1) ┓
[C]=┃ S(v + 0) ┃
  ┃ S(v - 1) ┃
  ┗ S(v - 2) ┛

   ┏ 1-2*Abs(x)^2+Abs(x)^3  , 0<=Abs(x)<1
S(x)={ 4-8*Abs(x)+5*Abs(x)^2-Abs(x)^3  , 1<=Abs(x)<2
   ┗ 0  , Abs(x)>=2
S(x)是對 Sin(x*Pi)/x 的逼近(Pi是圓周率——π)

最鄰近插值(近鄰取樣法)、雙線性內插值、三次卷積法 等插值演算法對於旋轉變換、錯切變換、一般線性變換 和 非線性變換 都適用。

補充:
一、對於24位DIB,需要分別對RGB分量進行處理;
二、對於f(x,y)中沒有對應值的座標,應該用最鄰近座標的值(比如f(-1,-1)用f(0,0)的值)。